高考化学考点剖析 考点42 锂电池解析版.docx

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高考化学考点剖析考点42锂电池解析版

考点41锂电池

1．（2018新课标Ⅲ）一种可充电锂-空气电池如图所示。

当电池放电时，O2与Li+在多孔碳材料电极处生成Li2O2-x（x=0或1）。

下列说法正确的是

A．放电时，多孔碳材料电极为负极

B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C．充电时，电解质溶液中Li+向多孔碳材料区迁移

D．充电时，电池总反应为Li2O2-x=2Li+（1－

）O2

【答案】D

【解析】A．题目叙述为：

放电时，O2与Li+在多孔碳电极处反应，说明电池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，选项A错误。

B．因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极（由负极流向正极），选项B错误。

C．充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li+向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动，选项C错误。

D．根据图示和上述分析，电池的正极反应应该是O2与Li+得电子转化为Li2O2-X，电池的负极反应应该是单质Li失电子转化为Li+，所以总反应为：

2Li+（1－

）O2＝Li2O2-X，充电的反应与放电的反应相反，所以为Li2O2-x＝2Li+（1－

）O2，选项D正确。

2．（2017课标Ⅲ）全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：

16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。

下列说法错误的是

A．电池工作时，正极可发生反应：

2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4

B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g

C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性

D．电池充电时间越长，电池中的Li2S2量越多

【答案】D

【解析】A．原电池工作时，Li+向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，随放电的多少可能发生多种反应，其中可能为2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4，故A正确；B．原电池工作时，转移0.02mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02mol，质量为0.14g，故B正确；C．石墨能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，故C正确；D．电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即电池中Li2S2的量越少，故D错误；答案为A。

3．（2016四川）某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。

放电时电池的总反应为：

Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6（x<1）。

下列关于该电池的说法不正确的是

A．放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移

B．放电时，负极的电极反应式为LixC6-xe-=xLi++C6

C．充电时，若转移1mole-，石墨C6电极将增重7xg

D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+

【答案】C

【解析】A、放电时，阳离子在电解质中向正极移动，故正确；B、放电时，负极失去电子，故正确；C、充电时，若转移1mol电子，则石墨电极上溶解1/xmolC6，电极质量减少，故错误；D、充电时阳极失去电子，为原电池的正极的逆反应，故正确。

锂离子电池作为新型化学电源由于其比能量高、携带储存方便，一直是世界各国电池企业研究热点，也一直是近几年高考关于二次电池考察的重点，由于其电池体系多样，题目有一定的难度，如何判断电极材料及书写电极反应式一直困扰着广大考生，现就锂离子电池的电极材料及方程式的书写方法总结如下：

1、电极材料的判断：

负极：

⑴锂以单质的形式：

Li

⑵锂以原子形式镶嵌其中：

LiAl、LiMnO2、LiC6、LiCo2等。

正极：

⑴为其他不含锂的材料：

S、Fe等。

⑵为含有锂的物质（LiMn2O4、Li0.35NiO2等）。

2、解题方法：

锂单质或镶嵌其中的物质作负极，另一含锂化合物作正极，电池工作时锂离子移向正极。

电极方程式的书写：

负极：

锂单质放电

正极：

为其他不含锂的材料（S、FeS）时，一般为这些物质得电子，然后和负极产生的锂离子结合生成新的物质。

S+2e-+2Li+=Li2S

FeS+2e-+2Li+=Li2S+Fe

当正极为含锂的物质时（LiMn2O4、Li0.35NiO2），正极的锂看成是+1价的化合物，正极材料中的其他物质得到电子化合价降低，与负极产生的锂离子结合生成新的化合物：

LiMn2O4+xe-+xLi+=Li1-xMn2O4

2Li0.35NiO2+e-+Li+=2Li0.85NiO2

1、无水锂电池

典例1（2018届湖北省宜昌市高三4月调研考试）锂-空气电池的工作原理如图所示。

其中多孔电极材料选用纳米多孔金时，该电池表现出良好的循环性能。

电池反应为：

2Li＋O2＝Li2O2。

下列说法错误

A．该电池的电解液常用锂盐的有机溶液

B．电池工作时，外电路中流过0.01mol电子，负极材料减重0.07g

C．电池工作时，正极反应可能经过两个过程：

Li+＋O2＋e－＝LiO2Li+＋LiO2＋e－＝Li2O2

D．电池充电时间越长，电池中Li2O2越多

【答案】D

【解析】A、该电池的负极是Li，所以电解质溶液不能是水溶液，根据图示，锂离子定向移动，故电解液常用锂盐的有机溶液，A正确；B、负极的电极反应为：

Li-e-=Li+，外电路中流过0.01mol电子，即有1molLi反应，负极材料减重0.07g，B正确；C、根据总反应Li最终转化成了Li2O2，所以正极可能先生成LiO2，再生成Li2O2，故正极反应可能经过两个过程：

Li+＋O2＋e－＝LiO2Li+＋LiO2＋e－＝Li2O2，C正确；D、充电时的反应为：

Li2O2＝2Li＋O2，电池充电时间越长，电池中Li2O2越少，D错误。

典例2（2018届吉林市普通中学高中毕业班第三次调研测试）锂--空气电池是一种新型的二次电池，由于具有较高的比能量而成为未来电动汽车的希望。

其放电时的工作原理如右图所示。

下列说法正确的是

A．该电池放电时，锂电极发生了还原反应

B．放电时，Li＋向锂电极迁移

C．电池中的电解液可以是有机电解液或稀盐酸等

D．充电时，电池阳极的反应式为Li2O2－2e－＝2Li＋＋O2

【答案】D

【解析】A.该电池放电时，锂电极做负极，发生了氧化反应，A错；B.放电时，Li＋向正极迁移即向Li2O2极移动，B错；C.金属锂会与稀盐酸发生反应，C错；D.充电时，电池y阳极的反应式为Li2O2－2e－＝2Li＋＋O2，D正确。

2、一边是水溶液，一边是有机电解液

典例3（2018年辽宁省葫芦岛市普通高中高三第二次模拟考试）新型锂-空气电池具有能量密度高的优点，可以用作新能源汽车的电源，其结构如图所示，其中固体电解质只允许Li+通过。

下列说法正确的是

A．Li+穿过固体电解质向正极移动而得到LiOH溶液

B．放电时，当外电路中有1mole－转移时，水性电解液离子总数增加NA

C．应用该电池电镀铜，阴极质量增加64g，理论上将消耗11.2LO2

D．放电时，负极反应式：

Li－e－＋OH－＝LiOH

【答案】A

【解析】A项，由图示可得，放电时铝在负极失电子，氧气在正极得电子，固体电解质只允许Li+通过，所以Li+穿过固体电解质向正极移动而得到LiOH溶液，A正确；B项，放电时正极反应为：

O2+2H2O+4e-=4OH-，当外电路中有1mole－转移时，生成1molOH-，同时1molLi+穿过固体电解质进入水性电解液，所以离子总数增加2NA，B错误；C项，根据电子守恒，应用该电池电镀铜，阴极质量增加64g，即生成1mol铜，则电路中通过2mol电子，理论上消耗0.5molO2，在标准状况下体积为11.2L，若不是标准状况则不一定，C错误；D项，因为固体电解质只允许Li+通过，所以放电时，负极反应式：

Li－e－＝Li+，D错误。

典例4（2018届山西省高三第一次模拟考试）正在研发的锂空气电池能量密度高、成本低，可作为未来电动汽车的动力源，其工作原理如图。

下列有关该电池的说法正确的是

A．有机电解液可以换成水性电解液

B．放电时，外电路通过2mol电子，消耗氧气11.2L

C．放电和充电时，Li+迁移方向相同

D．电池充电时，在正极上发生的反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O

【答案】D

【解析】A.因Li和水可以发生反应，所以不能将有机电解液换成水性电解液，A错误；B.因未说明气体是否处于标准状况，所以无法计算氧气的体积，B错误；C.放电时Li+移向正极，充电时Li+移向阴极（即放电时的负极），移动方向不同，C错误；D.充电时，电池的正极为充电时的阳极，电极反应式为：

4OH－－4e－=O2↑+2H2O，D正确。

3、固体电解质

典例5（2018年山东省聊城市高三一模）锂—液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂[Li2Sx（2≤x≤8）]分别作两个电极的反应物，固体Al2O3 陶瓷（可传导Li+）为电解质，其反应原理如图所示。

下列说法错误的是

A．该电池比钠一液态多硫电池的比能量高

B．放电时，内电路中Li+的移动方向为从a 到b

C．Al2O3 的作用是导电、隔离电极反应物

D．充电时，外电路中通过0.2mol 电子，阳极区单质硫的质量增加3.2g

【答案】D

【解析】锂—液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，所以该电池比钠一液态多硫电池的比能量高，A正确；放电时，Na失电子发生氧化反应,所以a作负极、b作正极，电解质中阳离子锂离子向正极b移动，B正确；Al2O3为离子化合物，在该电池中作用是导电、隔离电极反应物，C正确；充电时，阳极反应为SX2—-2e-=xS，外电路中通过0.2mol电子，阳极生成单质硫的质量为0.1x，由于2≤x≤8，质量为6.4-25.6g之间，D错误。

典例6（2018届广东省韶关市高三4月模拟考试二模）某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5分钟，通话2小时。

一种石墨烯锂硫电池（2Li+S8=Li2S8）工作原理示意图如图。

下列有关该电池说法不正确的是

A．金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料

B．充电时A电极为阴极，发生还原反应

C．充电时B电极的反应:

Li2S8-2e-=2Li++S8

D．手机使用时电子从A电极经过手机电路版流向B电极，再经过电池电解质流回A电极

【答案】D

【解析】A、单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多，则得到的电能越多，能量越高，Li是所有金属元素中原子量最小的金属，所以金属锂是所有金属中比能量最高的电极材料，A正确；B、原电池中阳离子向正极移动，由图可知，做电源时，B为正极，A为负极，负极发生失电子的氧化反应；反过来，充电时负极为阴极，发生还原反应，B正确；C、B电极上S8得电子生成Li2S8，则B电极的反应：

2Li++S8+2e-═Li2S8，C正确；D、电子只能在电极和导线中移动，电子不能在电解质溶液中移动，D错误。

4、熔融电解质

典例7（陕西省榆林市2018届高考模拟第一次测试）热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。

一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。

该电池总反应为PbSO4+2LiCl+Ca=CaCl2+Li2SO4+Pb。

下列有关说法正确的是

A．Ca为正极

B．放电过程中，Li+向负极移动

C．每转移0.2mol电子,理论上生成20.7gPb

D．电池工作一段时间后，正极质量增大

【答案】C

【解析】A、由原电池总反应可知Ca化合价升高，失电子，故Ca为原电